基于無線網絡的車載視頻設備上線系統設計與實現

胡景邦 劉開鋒

（惠州市博實結科技有限公司，廣東 惠州 516000）

車載視頻設備廣泛應用于交通領域。隨著科技不斷進步，車載視頻設備不僅可以實現實時視頻監控，還可以通過無線網絡與遠程平臺進行交互和管理。然而，在實際使用過程中，車載視頻設備可能會因業務功能異常導致程序運行異常，從而無法正常上線和工作，進而給遠程調試和設備維護帶來困擾。

該文旨在解決車載視頻設備業務功能異常導致遠程調試困難的問題，設計并實現了一種基于無線網絡的車載視頻設備上線系統。該系統通過4G 網絡連接視頻設備和遠程平臺，充分利用MCU 和DVR 芯片的上線優先級，以實現設備的遠程上線和交互功能。同時，針對DVR 芯片業務出現bug 無法上線的情況，該系統創新地設計了安全模式，使MCU 芯片可以控制DVR 芯片進入一種特殊模式，支持遠程調試和故障排除[1]。

該文描述了視頻設備的上線和注冊過程，還分析了通信協議和數據傳輸的具體實現過程。此外，該文詳細介紹了遠程調試方法，包括異常檢測與故障診斷、遠程指令下發與調試命令交互、安全模式下的簡化程序運行以及遠程串口調試與故障排除[2]。

1 車載視頻設備上線系統設計

整個系統通過4G 網絡與平臺進行無線連接，從而實現視頻設備的上線和交互功能。平臺可以是1 臺服務器或遠程控制器，它接收視頻設備傳輸的數據，并對視頻設備進行遠程控制和管理。視頻設備可以通過4G 網絡實現4G撥號、觸發業務、視頻預覽、視頻回放、對講以及遠程串口調試功能。

車載視頻設備的上線系統及遠程調試方法是基于4G網絡的，包括視頻設備、與視頻設備無線網絡連接的4G網絡以及與4G 網絡無線網絡連接的平臺。視頻設備包括控制芯片、分別與控制芯片連接的定位模塊、4G 模塊以及視頻單元。視頻設備通過4G 網絡在平臺上線并與平臺進行交互，實現4G 撥號、觸發業務、視頻預覽、視頻回放、對講以及遠程串口調試功能。控制芯片包括MCU 芯片和DVR 芯片，兩者均能上線。其中，DVR 芯片上線優先于MCU 芯片上線。當DVR 芯片不能上線時，平臺遠程下發文本或者短信給MCU 芯片，通知DVR 芯片進入一種特殊模式，平臺可以遠程串口調試分析視頻設備，恢復視頻，如圖1 所示。

圖1 系統硬件圖

具體上線流程如下：視頻設備先通過4G 網絡向平臺發送注冊請求，平臺收到請求后判斷視頻設備是否在數據庫中注冊成功，然后回應設備注冊結果。如果注冊成功，視頻設備就會發送鑒權信息，平臺再次進行判斷并回應設備結果。注冊和鑒權成功后，視頻設備就可以通過4G 網絡不斷地向平臺發送心跳和位置數據，保持在線狀態。同時，平臺也可以通過4G 網絡向視頻設備發送指令，與視頻設備進行交互。

此外，該系統還具備遠程調試方法。當DVR 芯片出現bug 無法上線時，MCU 芯片可以通過4G 網絡上線，然后平臺可以遠程下發指令到MCU 芯片。如果是跳轉安全模式指令，MCU 芯片就會控制DVR 芯片重新上電并進入安全模式，只支持4G 撥號、遠程串口調試和文件上傳/下載功能。通過這種方式，技術人員可以遠程調試視頻設備，找到故障原因，解決業務bug，使視頻設備恢復正常狀態。

2 視頻設備的上線流程設計

上線流程圖如圖2 所示，具體流程如下：1） 視頻設備的MCU 芯片和DVR 芯片都支持上線，優先DVR 芯片上線。也就是視頻設備先嘗試通過DVR 芯片進行上線，如果成功，那么就繼續進行下一步驟，否則視頻設備會嘗試通過MCU 芯片進行上線。2） 視頻設備通過4G 網絡向平臺發送0x0100 注冊請求。這是視頻設備與平臺建立連接的第一步，視頻設備向平臺發送請求，通知平臺它的存在，并請求在平臺上進行注冊和授權。3） 平臺判斷視頻設備是否在數據庫中，如果在，那么注冊成功，否則失敗。平臺接收到請求后，將根據數據庫中存儲的信息來判斷該視頻設備是否已經注冊過。如果信息在數據庫中存在且注冊成功，那么平臺會繼續進行下一步驟。如果數據庫中沒有相應的注冊信息或者注冊不成功，那么平臺會拒絕視頻設備的上線請求。4） 平臺根據第三步的判斷結果，通過 4G 網絡向視頻設備發送 0x8100 注冊結果應答。如果視頻設備注冊成功，平臺就會回復一個注冊成功的應答，通知視頻設備它已經被成功注冊到平臺上。5） 接收到平臺的注冊成功應答后，視頻設備會發送鑒權信息進行身份驗證。如果驗證成功，就繼續進行下一個步驟；如果鑒權失敗，就會結束上線流程，并不會繼續與平臺進行交互。6） 視頻設備通過4G 網絡向平臺發送0x0102 鑒權。視頻設備在獲得注冊成功的應答后，會向平臺發送鑒權請求，以便平臺進行身份驗證。7） 平臺接收到視頻設備的鑒權請求后，將根據預先設定的鑒權規則來判斷視頻設備的合法性。如果鑒權合法，平臺就會回應鑒權成功的應答，否則會回應鑒權失敗的應答無論鑒權成功或失敗，平臺都會向視頻設備發送相應的應答。8） 平臺根據第七步的判斷結果，通過4G 網絡向視頻設備發 0x8001 通用應答，以通知視頻設備鑒權結果。9） 鑒權成功后，視頻設備會以一定的頻率向平臺發送0x0001 網絡心跳信號和0x0200 位置數據。網絡心跳表明視頻設備的在線狀態，而位置數據是由GPS/北斗雙模定位模塊提供的三維位置信息。10） 當平臺端判斷設備在線時，通過4G 網絡向視頻設備發0x8300 文本指令并進行交互，平臺和視頻設備之間實現實時消息傳遞和數據交換。

圖2 上線流程圖

綜上所述，該系統通過一系列步驟實現視頻設備穩定上線和與平臺進行交互的功能。平臺可以驗證視頻設備的合法性，并與視頻設備保持實時通信。這種系統為車載視頻設備的遠程管理和維護提供了有效的解決方案，提高了設備的可靠性和運行效率。同時，它還為用戶提供了實時的視頻預覽、回放以及對講等功能，為車載視頻設備的應用帶來了更多便利和功能拓展。

3 車載視頻設備遠程調試

調試步驟如圖3 所示，具體步驟如下：1） 當DVR 芯片發生故障或出現問題無法正常上線時，視頻設備可以借助MCU 芯片通過4G 網絡與平臺建立連接，以確保視頻設備可以繼續上線并與平臺進行交互。2） 一旦MCU 芯片成功上線并與平臺連接，就可以通過人工操作平臺向MCU芯片下發指令。指令包括遠程控制指令、調試指令或其他需要與視頻設備進行交互的指令。3） 當MCU 芯片接收到下發的指令時，首先判斷該指令是否為跳轉安全模式的指令。如果是，MCU 芯片就會進入下一步驟，即激活安全模式。如果不是，那么MCU 芯片會按照通用的指令處理流程進行處理。4） MCU 芯片確認收到跳轉安全模式指令后，會執行激活安全模式的操作。具體操作包括控制DVR芯片重新上電，同時通過串口通知DVR 芯片進入安全模式狀態。5） 當DVR 芯片重新上電后，在啟動過程中它會讀取串口的信息，以確認是否進入了安全模式。如果是，那么DVR 芯片將進入下一步驟，執行安全模式下的功能。如果否，那么DVR 芯片將進入正常工作狀態，繼續執行復雜的業務邏輯和全面的功能。6）進入安全模式后，DVR 芯片會啟動一個簡易的小程序，該程序可以實現撥號功能，使DVR 芯片可以重新上線到平臺，并支持遠程串口調試。7） DVR 芯片進入安全模式并啟動簡易小程序后，平臺可以通過遠程串口與DVR 芯片進行通信和調試。通過分析視頻設備的狀態和日志信息，平臺可以定位和解決業務bug 或故障。一旦問題解決，平臺就將對視頻設備進行恢復操作，使其恢復正常工作狀態。8） 平臺成功解決了業務bug 并恢復視頻設備的正常狀態后，視頻設備可以進行重啟操作，從安全模式退出，重新進入正常工作狀態。當視頻設備遇到故障或問題時，該流程利用MCU 芯片進入安全模式，并通過平臺遠程調試恢復正常的工作狀態，保證視頻設備穩定運行。該設計方案提高了視頻設備的可靠性和故障處理的效率，為車載視頻設備的應用提供了更好的保障。

圖3 調試步驟圖

4 視頻設備功能講解

車載視頻監控系統是一種集實時視頻預覽、歷史視頻回放和主動安全事件上報功能于一體的智能化車輛監控系統。該系統通過4G 網絡連接視頻設備和遠程平臺，使車輛監控更靈活、更便捷。

在實時視頻預覽功能中，用戶可通過平臺PC客戶端預覽實時視頻菜單，平臺下發請求視頻流命令，視頻設備接收并傳輸實時視頻。用戶觀看完畢后可以關閉視頻流，實現實時監控。

歷史視頻回放功能是用戶在平臺PC 客戶端單擊歷史視頻搜索菜單后，平臺向視頻設備請求歷史錄像段信息，視頻設備將描述信息傳輸至平臺，展示歷史錄像分布圖。用戶可以單擊指定時間點進行錄像回放，視頻設備根據平臺下發的信息傳輸指定視頻段，用戶觀看完畢后可以關閉視頻流。如果用戶需要上傳指定歷史視頻段，平臺下發請求上傳視頻流指令，視頻設備將視頻打包成MP4 格式并上傳至指定FTP 服務器。

主動安全事件上報功能通過智能算法分析車載攝像頭采集的視頻圖像，產生主動安全事件并將報警信息上報平臺。業務平臺可以主動請求上傳對應事件的媒體數據（圖片和視頻），視頻設備根據業務平臺下發的信息將相關的媒體數據傳輸至指定數據平臺，并將報警和媒體數據同步到業務平臺，供PC 客戶端展示。

綜上所述，車載視頻監控系統的實時視頻預覽、歷史視頻回放和主動安全事件上報功能為車輛安全和管理提供了強大的支持，為用戶提供了更高效、更智能的車輛監控體驗。該系統的應用前景廣闊。

5 結語

車載視頻設備是一種重要的安全和監控工具，它可以實現實時視頻預覽、歷史視頻回放和主動安全事件上報功能，該設備由視頻設備、4G 網絡和平臺組成。其中，視頻設備包括控制芯片（MCU 芯片和DVR 芯片，兩者均能上線，DVR 芯片優先于MCU 芯片上線）。控制芯片連接定位模塊（GPS/北斗雙模定位模塊）和視頻單元，包括視頻采集芯片和攝像頭。平臺作為服務器或遠程控制器，通過4G網絡與視頻設備進行交互。

車載視頻設備通過4G 網絡與平臺連接，實現了多項重要功能，包括實時視頻預覽、歷史視頻回放和主動安全事件上報。這些功能為車輛的安全和管理提供了有效支持，同時通過遠程調試功能還可以快速解決設備故障，降低設備維護成本，提高工作效率。車載視頻設備的應用將為車輛行駛過程中的安全監控和管理提供更多便利和保障。